• Aucun résultat trouvé

Dextran is a highly water‐soluble polysaccharide of bacterial origin, produced by Lactobacillus,  Leuconostoc  and  Streptococcus  species.  It  is  composed  predominantly  of  α‐1,6‐linked  glucopyranose units with a low degree of 1,3‐branching (Figure 5). Native dextran is characterized  by high Mw and polydispersity, both of which can be tailored by controlled hydrolysis and  subsequent fractionation. Low Mw dextran in particular already has a long history of clinical  applications in humans, e.g. as plasma volume expander, to enhance peripheral blood flow or as  rheological excipient in artificial tears. The combined advantages of its hydrophilic character,  biocompatibility, biodegradability and ease of chemical derivatization all relate to its suitability as  drug delivery biopolymer [60].  

  Figure 5: Chemical structure of dextran 

 

Dextran  is used  to  form  biodegradable  hydrogels,  which  are  three‐dimensional,  hydrophilic  matrices that are able to retain large amounts of water or biological fluid. Dextran hydrogel NPs  (dextran nanogels, dex‐NGs) can be prepared by an inverse emulsion photopolymerization of  dextran hydroxyethyl methacrylate (dex‐HEMA) in mineral oil. To incorporate cationic charges in  the nanoscopic hydrogel network, cationic methacrylate monomers were copolymerized with dex‐

HEMA.  An  important  feature  of  these  hydrogel  particles  is  their  biodegradability  under  physiological conditions, owing to the hydrolysable carbonate ester linking the HEMA moieties to  the dextran backbone. Preformed cationic dex‐NGs could encapsulate anionic siRNA based on  electrostatic interaction with a maximal loading exceeding 50 pmol of siRNA per μg of lyophilized  dex‐NGs [61]. Due to this ‘post‐loading’ mechanism, the siRNA integrity is not affected by the  emulsion polymerization process [62]. Different types of dex‐NGs have been described in the  literature with the aim to enhance intracellular nucleic acid delivery [63, 64]. However, reports  show that dex‐NGs likely possess insufficient circulation times to enable an adequate extravasation  and accumulation in the tumor tissue in vivo [64]. In an attempt to tackle this problem, Naeye et al. 

[65] investigated different ways of PEGylating dex‐NGs and concluded that successful PEGylation of  cationic dextran nanogels was only obtained by covalent attachment of NHS‐PEG to the reactive  amine groups of the nanogels. Surface decoration by physical adsorption of PGA‐PEG resulted in  successful coating but a complete release of encapsulated siRNA. Another issue revealed by 

confocal fluorescence microscopy upon using dex‐NGs is that a substantial fraction of the NGs  accumulates in the endosomes after being internalized by the cells [66]. This prompted researchers  to investigate the use of photochemical internalization (PCI) enhanced endosomal escape into the  cytoplasmic compartment. PCI is an established endosomolytic method that involves the use of  amphiphilic photosensitizers (PS) that accumulate in the membranes of endocytic vesicles, upon  illumination with a specific light source, excitation of the PS compound induces the formation of  reactive oxygen species locally, to selectively disrupt the endosomal membranes, releasing the  entrapped NPs into the cytosol. It was found that application of PCI, even several days post‐

transfection, was able to significantly improve and lengthen the gene knockdown obtained with  siRNA‐dex‐NGs, indicating that PCI is able to liberate a fraction of the siRNA or siRNA‐dex‐NGs that  remain trapped in intracellular organelles. Applying vesicular compartments as drug depots may  thus be regarded as a potential strategy to prolong the therapeutic response when endosomal  escape is effect‐limiting [66, 67]. 

Moreover, hydrophobic modifications of dextran were reported. Acetal groups were chemically  added to dextran to form acetal‐modified dextran (Ac‐DEX) where the addition of this hydrophobic  moiety make the modified Ac‐DEX soluble in organic solvents but insoluble in water, allowing the  production  of  Ac‐DEX‐based  micro‐  and  nanoparticles  for  protein  antigen  encapsulation  via  standard emulsification methods [68]. These acid‐degradable particles were further optimized for  the intracellular delivery of siRNA by incorporating small amounts of spermine. Spermine is a  tetravalent organic amine that is present in mammalian cells at millimolar concentrations and is  considered non‐cytotoxic [39]. Authors argue that the cationic nature of spermine enables a better  complexation of the negatively charged siRNA and improved interaction with the target cell  membrane. Following endocytic uptake, acid‐catalyzed hydrolysis of the particles will occur in the  endolysosomal compartments releasing the siRNA. The siRNA is thought to reach the cell cytoplasm  as a result of endosomal burst by virtue of an amine‐induced proton sponge effect. This is further  potentiated  by  intraluminal  osmotic  pressure  build‐up  through  endosomal  accumulation  of  spermine‐Ac‐DEX degradation products [69].

Alternatively, the negatively charged dextran sulfate (DS) can be used to prepare nanosized  polyelectrolyte complexes (PECs) together with cationic biopolymers, such as chitosan. PECs result  from direct interaction of oppositely charged polyelectrolytes in solution and within PEC NPs,  polycations are the driving force for complexation of negatively charged nucleic acids. PEC structure 

and stability are primarily influenced by the polymer properties (Mw, flexibility, charge density) and  the chemical environment (pH, ionic strength, temperature) [14]. The rationale behind the use of  (polysaccharide) polyanions as an additive in PEC drug formulations is to create more stable  nanocomplexes, to minimize polycation‐induced toxicity and/or to stimulate cellular interactions  via carbohydrate‐binding receptors [70]. 

To the best of our knowledge, very little was yet published on the use of dextran‐based siRNA  delivery in vivo. Cho et al. [70] reported on PECs composed of DS and the positively charged poly‐L‐

arginine (PLR) polypeptide to encapsulate siRNA targeting the epidermal growth factor receptor  (EGFR). The incorporation of polyanions, such as dextran sulfate or hyaluronic acid, has been shown  to result in more compact siRNA PECs compared to PECs formed between positive polycations and  anionic siRNA molecules only [71]. Significant in vivo tumor growth inhibition in head and neck  cancer cells was demonstrated using the optimized PEC formulation after intratumoral injection in a  xenograft mouse model [70].